東西關電站技改增容母線選型及其屏蔽措施

朱 紅， 賈 欣

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072)

0 引 言

東西關水電站是嘉陵江干流上開發的中型電站。電站原裝機4×45 MW，技改增容為4×52.5 MW，2011年秋季開始每年改造1臺機組，至今已改造完成三臺機組。東西關電站改造工程電氣設備布置不僅需適應原土建結構，而且安裝工期短，母線設計受到諸多不利因素的制約，而母線選型及采取何種屏蔽措施對工程改造順利實施、保證廠房和機組安全運行至關重要。

1 東西關電站母線現狀

東西關電站發電機與變壓器組合采用擴大單元接線，發電機出口電壓10 kV，電站以110 kV一級電壓接入系統，110 kV出線共6回。機組擴容后單機容量52.5 MW/60 MVA(共210 MW)，電氣主接線和接入系統方式維持原狀不變。

東西關電站是地下廠房，開關站位于地面。技改增容后擴大單元母線額定電流7 000 A，額定電壓10 kV，母線輸送容量大，輸電距離長，單相母線總長約154 m。母線通過100 m水平廊道、高差12 m豎井，25 m斜井從地下廠房到地面開關站。母線分水平、垂直、傾斜三種方式布置，其中母線豎井斷面凈空尺寸為長×寬=3 m×2 m，布置空間狹窄。東西關電站位于四川南充，夏季氣候炎熱，所以，按戶內環境溫度45℃進行母線設計。

本工程改造項目是在原有土建結構上實施，土建結構尺寸(包括樓板高程、樓板和墻上開孔)、發電機母線出線方向均不變。安裝工期短，在一個冬季拆除并改造完成一臺機組，包括母線、隔離開關、限流電抗器等相關電氣設備。母線改造工程受到工程現狀諸多因素制約。

2 母線比較及選型

母線型式分4大類：離相母線、中壓全澆注封閉母線、共箱母線和裸母線。結合東西關電站現有樞紐布置和母線出線通道建筑體結構實際情況、制造業母線生產水平、母線技術參數、母線布置方式、施工工期、母線安裝施工方式、電站環境、投資等因素，進行母線選型綜合比較。

東西關電站母線出線通道是按裸母線設計的，空間小無法布置離相母線。

用絕緣材料澆注成型的中壓全澆注封閉母線，其特點是技術先進、防護等級高、無觸電危險、安全性高、絕緣和散熱性能好、防電磁干擾、安裝方便、工期短、免維護保養、母 線 體 積 小，能 在

-40 ℃～+70 ℃環境溫度下運行。這些優點特別適合東西關電站使用，是設計首選方案,但因當時中壓全澆注封閉母線是剛出現的新型產品，價格較貴，業主不愿意采用。

與裸母線比，常規的共箱母線導體及絕緣子全封閉在金屬外殼中，其特點是：結構緊湊、防護等級較高、無觸電危險、安全性高、運行維護工作量較少、價格適中，但散熱較差。

裸母線母線體積小，只有導體、絕緣子和金具。價格便宜。導體產生的熱量直接向周圍空氣輻射散發和自然對流散熱，母線散熱好。但防護等級低、現場母線安裝復雜、運行維護工作量較大。

結合東西關電站實情：采用裸母線能最大限度維持工程原狀，變動范圍最小，對電站固有結構適應性最好，投資最省；廠房通風系統已建好不便改造，改造前母線廊道內最高溫度已超過了40 ℃，通風系統不改造，機組容量增大后共箱母線散熱問題就不好解決，母線廊道溫度長期過高將會產生安全隱患。再有豎井空間小，共箱母線施工較困難。共箱母線不需設置保護網，施工簡單的優勢在本技改工程中體現不出來：若采用共箱母線不僅原來的母線支持結構和保護網沒有利用價值，還需要專門花錢花時間來拆除。據東西關電站業主運行經驗，盡管防護等級較低，裸母線運行中故障率其實不比共箱母線更高，運行是安全可靠的。綜合多種因素比選結果：機組增容后發電機單元出口和擴大單元母線仍選擇采用裸母線。

3 前期母線屏蔽措施

母線主要技術參數

當母線電流大于3 000 A時，鋼構發熱已不容忽視。標準規定鋼構發熱的最高允許溫度：人可觸及的鋼構<70 ℃，人不會觸及的鋼構<100 ℃，混凝土中的鋼筋<80 ℃。

東西關電站擴大單元雙槽形全裸母線布置在母線廊道、母線豎井、母線斜井內，最近的鋼構距離母線只有一個絕緣子的高度，最近的混凝土墻或樓板距離母線約0.6 m。東西關電站技改增容后擴大單元母線實際電流達6 928 A，如此大電流產生的強大交變磁場會使其附近鋼構產生磁滯和渦流損耗而發熱，如果不采取相應措施，嚴重地發熱會讓材料產生熱應力而引起變形，使機械強度下降，鋼構接觸連接損壞?；炷林械匿摻钸^渡的熱脹冷縮可能使混凝土發生裂縫。為避免東西關電站鋼構發熱出現難以想象的事故、為保障人身設備安全，需要采取有效的母線屏蔽措施。

電磁場是隨著深度呈現指數衰減趨勢，屏蔽體越厚屏蔽效果越好投資也越貴。綜合性價比，選擇5 mm厚鋁合金板做為母線電磁屏蔽體。東西關電站屏蔽措施和鋁合金屏蔽板安裝范圍設置如下：

(1)母線支持槽鋼(橫擔)加鋁短路板和絕緣墊斷開鋼構回路，消除環流；

(2)水平母線廊道屋頂和保護網之上的兩側墻壁均全程敷設5 mm厚鋁合金板；

(3)母線豎井內四面墻壁均全程敷設5 mm厚鋁合金板；

(4)母線斜井周圍沒有其它廠房和設備，一側出口通地面，斜井通風散熱良好，故僅在(2個)斜井中間隔墻#1、2機組段一側的保護網之上墻壁全程敷設5 mm厚鋁合金板。

(5)鋁合金板采用非導磁材料不銹鋼膨脹螺栓固定到墻上。側板、頂板的板與板間采用焊接或銅跨接線連接，板板焊接時一側的焊點數量

2～3個，跨接時用銅跨接線1根，跨接線間距約

2～3 m。側板與頂板間的連接采用跨接線。

(6)鋁合金板就近多點與電站主接地網連接。

以上屏蔽措施是針對東西關電站實情和裸母線布置特點量身定制的：鋁合金屏蔽板貼在母線周圍墻壁或樓板上，豎井屏蔽板設計為封閉式，水平廊道和斜井屏蔽板設計為敞開式；母線屏蔽板整體電氣全連式并從雙側墻壁引下多點接地；鋁合金板板之間呈點狀螺栓連接(現場無法在有限時間內完成大量滿焊連接工作量)；屏蔽板距母線較遠，屏蔽板面積較大，母線及鋁合金板均傳熱效果好、散熱快、溫升低。

4 鋁合金屏蔽板接地線過熱現象

2012年初首臺機組#2機的技改工作完成，#1、#2母線廊道加裝了屏蔽鋁板，#3、#4母線廊道尚未加裝。機組帶負荷運行后出現鋁合金屏蔽板個別引下接地線過熱，導線和螺栓燒黑問題，在最嚴重的局部過熱點測得引下線接頭最高溫度150 ℃，引下線本體最高溫度:100 ℃。

鋁板銅接地引下線溫度測量表(℃)(地點：#1、#2機組母線廊道)

測溫數據還顯示母線保護網的平均溫度高于母線平均溫度，而母線橫擔平均溫度低于母線平均溫度，個別橫擔溫度高于母線溫度。大多數鋁板間跨接線(包括螺栓)溫度不超過60 ℃，母線橫擔最高溫度達63.9 ℃，保護網最高溫度61.1 ℃。數據表明盡管接地引下線存在發熱問題，但是鋁合金板對降低鋼構發熱是有效果的，只是多點接地引下線存在設計缺陷還需要優化完善。

根據以胩情況分析：在屏蔽鋁板與接地構架之間因磁場感應產生了電位差，通過接地線形成大電流回路，在接地線截面積不夠或接觸不良的點造成發熱。由此可見，在鋁合金屏蔽板裝配過程中采用的接地方式和搭接方法都會直接影響屏蔽效果。

5 屏蔽措施優化

2012年底在第2臺機組#3機的技改工作時進行母線屏蔽體優化設計，具體措施有：

(1)水平母線廊道內鋁合金屏蔽板整體敞開式修改為局部環連式：

在母線下保護網之上間隔4 m左右增設寬200 mm的鋁合金板，該鋁合金板2端與2側墻上敷設的鋁合金板滿焊連接，即間隔4 m左右讓鋁合金屏蔽板形成一個局部環連。

(2)改良鋁合金屏蔽板的搭接方式：

鋁合金板之間取消螺栓連接，全部采用焊接方式，每個焊點的焊縫長度不小于50 mm，焊點中心間距為250 mm。

鋁合金板間隙比較大且影響直接焊接之處，采用加小塊鋁合金板補丁的方式進行滿焊連接形成完整的電氣通路，每側的滿焊焊縫總長度應不小于50 mm。

(3)改良多點接地方式、增大接地線截面積、杜絕接觸不良：

沿母線一側貫通一根-50×6鍍鋅扁鋼，敷設在寬200 mm的鋁合金板之下保護網之上，鍍鋅扁鋼與保護網上敷設的每塊200 mm寬鋁合金板進行螺接，保證每塊鋁合金板與鍍鋅扁鋼有效接觸面積不小于300 mm2。根據現場情況將該接地扁鋼多點引下接地。

如此形成了一個電氣連通性較好、分流均勻、散熱好、間隔4 m左右一個局部封閉環連式(水平母線廊道段)+封閉式(豎井段)+敞開式(斜井段)、電氣全連式多點接地母線屏蔽體。是東

西關電站量身定做的特有的母線屏蔽方式。

2014年初完成了東西關電站3臺機組的技改工作，2014年夏季三伏天4臺機組滿發時測溫數據如下：母線通道戶內最高環境溫度41 ℃，鋁合金板最高溫度53 ℃，母線構架及保護網最高溫度60 ℃。溫度實測結果表明東西關電站鋼構發熱最高溫度遠低于標準規定允許值，屏蔽措施取得了較滿意的效果。

6 結 語

東西關電站技改增容工程因機組容量增大直接導致母線電流變大，母線大電流引起的鋼構發熱已不容忽視，屏蔽體材質選擇、布置方式、搭接方法和接地方式都會直接影響屏蔽效果和投資。東西關電站改造工程母線屏蔽措施設計本著技術經濟合理、切合電站實際因地制宜設計原則，對長達154 m的裸母線采用在母線出線通道墻壁上、頂部局部敷設電氣全連式多點接地屏蔽體的方式，邊設計邊實踐邊總結邊優化，最終取得了令人滿意的屏蔽效果。在這里對東西關電站技改增容工程母線屏蔽措施進行分析探討，期望對類似工程能起到一定的借鑒參考作用。

作者簡介:

朱 紅(1964-)，女，江蘇蘇州人，成都科技大學電力工程系電力系統專業本科畢業，高級工程師，現于成都勘測設計研究院有限公司從事水電站電氣一次專業設計工作；

賈 欣(1982-)，男，內蒙古巴彥淖爾人，畢業于西安理工大學電氣工程及其自動化專業，工程師，現于成都勘測設計研究院有限公司從事水電站電氣一次設計工作.

(責任編輯：卓政昌)

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